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Über dieses Buch

Dieses Buch ist ein Leitfaden für die Antriebstechnologie. Es birgt einen Überblick über die Grundlagen der Getriebetechnik im Antriebsstrang, mit Fokus auf die manuellen Schaltgetriebe von PKW, entsprechend der Majorität dieser Fahrzeugklasse im europäischen Raum.

Die Menge der relevanten Informationen für Konstruktion und Auslegung von Fahrzeuggetrieben ist groß. Die Fülle des Materials resultiert aus dem Anspruch, mehr als nur eine Einführung zu schaffen. Was ist relevant, wo ist es zu finden: das Buch dient als Arbeitsunterlage für den Ingenieur, hilft den jungen Ingenieuren bei der Bewältigung der Aufgaben und den Quereinsteigern zur Orientierung im Aufgabenfeld. Der Leser wird unterstützt bei der Dimensionierung der Hauptkomponenten des manuellen Getriebes und bei der Automatisierung. Er lernt, die systematischen Unterschiede zwischen Stufenautomat und Doppelkupplungsgetriebe richtig zu verstehen. Die notwendigen Modifikationen für hybride Farhrzeugtechnologien werden besprochen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Auszug
Um dem Leser den Anfang eines roten Fadens, der sich durch dieses Buch zieht, in die Hand zu geben, werden zunächst, ohne auf Details einzugehen, zwei Hauptaufgaben eines Fahrzeuggetriebes sehr makroskopisch formuliert; gleichzeitig wird so ein konstruktiver und kreativer Umgang mit dem Thema “Fahrzeuggetriebe” ermöglicht. Bevor mit der Besprechung von Fahrzeuggetrieben und ihrer Merkmale sowie der wichtigen Komponenten und deren Auslegung begonnen werden kann, müssen Ziel und Schwerpunkte des Buches geklärt werden. Ferner ist es notwendig, die Systemgrenzen der Betrachtung — die Schnittstellen des Fahrzeuggetriebes zu Motor und Fahrzeug — zu klären und den Inhalt auf ein Maß einzuschränken, welches als sinnvolle, in sich abgeschlossene Einheit angesehen werden kann. Eine kurze Skizze der Gliederung des Buches schließt diese Einführung ab.

2. Antriebstrang- und Getriebekonzepte für PKW und Nutzfahrzeuge

Auszug
Bevor in den nächsten Kapiteln mit der quantitativen Beschreibung von Antriebsträngen und deren Komponenten begonnen wird, soll ein überblick über die verschiedenen Konzepte zur Anordnung von Verbrennungsmotor und Getriebe im Fahrzeug gegeben werden. Dabei wird in den Abschnitten 2.1 und 2.2 zunächst auf die beim PKW dominierenden Antriebsarten mit einer angetriebenen Achse als Front- oder Hecktriebler eingegangen, ohne zwischen Handschalter, Stufenautomatik oder Doppelkupplungsgetriebe zu unterscheiden. Anschließend werden die Besonderheiten des Allradantriebs sowie die Sonderformen von Sportwagen mit Mittelmotor besprochen. Auf die Besonderheiten leichter Nutzfahrzeuge, die durch das höhere zulässige Gesamtgewicht stärker beansprucht werden, wird dabei an entsprechenden Stellen kurz eingegangen. Als nächstes wird in Abschnitt 2.4 ein überblick über die Antriebstrangkonfigurationen von Nutzfahrzeugen und Bussen gegeben, auch hier wieder weitestgehend losgelöst von der Art der Betätigung von Schalt- und Anfahrkupplung sowie des Gangwechsels. Der Schwerpunkt liegt hier auf den Anwendungsgebieten der verschiedenen Antriebstrangkonfigurationen und weniger auf der konstruktiven Ausführung von Details.

3. Systemauslegung von Antriebsträngen

Auszug
In diesem Kapitel wird in die gebräuchlichen Konventionen zur Kennzeichnung von Leistungs- und Momentenflüssen in Getrieben eingeführt. Es folgen eine Beschreibung der Begriffe Wirkungsgrad und Verlust- oder Schleppmoment sowie Hinweise zur Auslegung von Kraftfahrzeuggetrieben. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um ein Personen- oder ein Nutzfahrzeug handelt und ob ein Getriebe manuell, halb- oder vollautomatisch geschaltet wird. Betrachtet werden Kriterien wie die Anfahrbarkeit eines Fahrzeugs, d.h. die Fragestellung, ob — eventuell auch noch an einer Steigung — ein Einzelfahrzeug oder ein Gespann aus dem Stand angefahren werden kann oder ob die zur Verfügung stehende Zugkraft ausreicht, um alle Fahrwiderstände zu überwinden; schließlich wird auf die Fahrleistungen und den Kraftstoffverbrauch eingegangen.

4. Auslegung und Charakteristika spezieller Systeme und Baugruppen von manuellen Schaltgetrieben

Auszug
In Kapitel 2 wurden alle wichtigen Antriebstrangkonzepte für Personenkraftwagen sowie repräsentative Nutzfahrzeugantriebstränge qualitativ analysiert. Anschließend wurden die Merkmale von Fahrzeuggetrieben diskutiert. Ferner wurden in Kapitel 3 ausgewählte Kriterien für die Auslegung von Getriebekenngrößen auf der Fahrzeugebene sowie zu Dimensionierungskollektiven und Lastannahmen für Schaltgetriebe als ein Schwerpunkt dieses Buches besprochen. In diesem Kapitel schließt sich nun — dem Leistungsfluss durch das Getriebe folgend — die Beschreibung der wichtigsten Komponenten von Handschaltgetrieben und deren Auslegung an.

5. Architektur, Komponenten und Baugruppen automatisch schaltender PKW-Getriebe

Auszug
In diesem Kapitel werden nach der Diskussion der Komponenten manueller Schaltgetriebe die Eigenschaften und — soweit möglich — Auslegungskriterien für die verschiedenen automatisch schaltenden Getriebekonzepte, vgl. auch Abschnitte 2.5 und 2.7, besprochen. Vorbereitend wird zunächst in Abschnitt 5.1 eine sehr makroskopische Beschreibung1 der Kommunikation zwischen Getriebe und Motor bzw. Fahrzeug gegeben, die für die verschiedenen automatischen Getriebe gleichermaßen notwendig ist, um in Wechselwirkung mit dem Motor und dem Fahrzustand des Fahrzeugs jeweils die bestmögliche Übersetzung automatisch einlegen oder anfahren zu können.

6. Allgemeine Komponenten der Fahrzeuggetriebe

Auszug
Ziel dieses Kapitels ist die Besprechung der gemeinsamen Komponenten von automatisch und manuell geschalteten Getrieben; die Ausführungen sind ohne Abstriche auf Stufenlosgetriebe anwendbar. In den meisten Fällen erfolgt die Auslegung der Komponenten, die im Leistungsfluss hinter der gestuften oder stufenlosen Übersetzungsanpassung liegen, unabhängig vom Getriebe und mehr nach Maßgabe von Motormoment und -leistung; dieser Vorgehensweise wird mit der Aufteilung des Stoffes auf die Kapitel 4, 5 und 6 Rechnung getragen. Wenn die Art des Getriebes für die Ausführungen innerhalb dieses Kapitels wichtig ist, wird explizit darauf eingegangen.

7. Leistungsübertragung in Nutzfahrzeuggetrieben

Auszug
Bei Nutzfahrzeugen sind aufgrund der deutlich größeren Fahrzeuggewichte und Anhängelasten und der damit verbundenen geringeren gewichtsbezogenen Antriebsleistung die Lücken im Zugkraftangebot größer als beim PKW. Nutzfahrzeuggetriebe werden daher geometrisch und nicht progressiv gestuft und weisen i.d.R. mehr Fahrstufen auf als typische PKW-Getriebe. Wie bereits in Abschnitt 2.6.5 andiskutiert, wird bei Nutzfahrzeuggetrieben zum Erreichen hoher Ganganzahlen bei den manuell geschalteten Getrieben und ihren automatisierten Derivaten das Gruppenkonstruktionsprinzip angewendet; hinzu kommen abweichend oder ergänzend zum PKW modulare Strategien zur Automatisierung. Schließlich wird bei selbstfahrenden Arbeitsmaschinen der Land- und Bauwirtschaft oft ein Teil der Antriebsleistung hydraulisch — i.d.R. hydrostatisch — übertragen; es existiert eine Reihe von Fahrzeugen, die rein hydrostatisch angetrieben werden.

8. Leistungsübertragung in Hybridfahrzeugen

Auszug
Äußerlich unterscheiden sich die Hybridfahrzeuge nicht von Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsantrieb, vgl. Abbildung 8.1; die Integration des zusätzlichen Antriebs erfordert jedoch stets eine sorgfältige Analyse des verfügbaren Bauraums, vor allem im Motorraum. Um aus der Vielzahl der Möglichkeiten die bestgeeignete Konfiguration in einer möglichst optimalen Auslegung zu finden, bedarf es einer genauen Analyse der Randbedingungen von Fahrzeug und Nutzungsprofil. So können die Vorteile beider Antriebsarten kombiniert, Synergieeffekte genutzt und das systemimmanente Problem des doppelten Antriebs (Gewicht, Raumbedarf, Kosten, etc.) begrenzt werden.

9. Komfortaspekte

Auszug
Nachdem die Hauptkomponenten von manuell und automatisch betätigten Getriebekonzepten für PKW und Nutzfahrzeuge mit Schwerpunkt “Leistungsübertragung” sowie Aspekte der Hybridisierung von Fahrzeuggetrieben besprochen wurden, liegt nun der Fokus auf wichtigen Komfortthemen; die dritte Säule, die nach Funktion und Kosten zur Kundenzufriedenheit oder — begeisterung beitragen muss. Die Ausführungen sind dabei zum Großteil auf manuelle Schaltgetriebe konzentriert, einige Details zu den automatischen Getrieben werden angegeben.

10. Validierung: Möglichkeiten und Konzepte

Auszug
In diesem letzten Kapitel werden — zugegeben sehr makroskopisch, um den Gesamtrahmen nicht zu sprengen — die Grundzüge verschiedener Möglichkeiten der Validierung von Fahrzeuggetrieben mit Fokus auf die Anwendung in Personenfahrzeugen skizziert. Unter Validierung wird dabei der Nachweis der Funktionsfähigkeit während der gesamten Produktnutzungsdauer einschließlich der Erfüllung der zugehörigen Komfortanforderungen verstanden.

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